С хирургической точностью. Роботы проводят операции на живых организмах. Когда они заменят обычных врачей?

Фото: Johns Hopkins University

Роботы-хирурги все чаще проводят успешные операции на живых организмах. Так, в начале 2022 года система Smart Tissue Autonomous Robot (STAR) прооперировала свинью — сделала надрезы, провела манипуляции с кишечником и аккуратно нанесла швы. Создатели робота STAR уверены, что именно таким и окажется будущее хирургии. «Лента.ру» расскажет, как у машины получилось автономно провести операцию, какие преимущества есть у роботов-медиков и чего можно ждать в этом направлении.

Без человеческого участия

Система STAR, разработанная специалистами Университета Джонса Хопкинса (США), является уникальной в том плане, что для ее функционирования участие живого специалиста не требуется. Машина самостоятельно оценивает участок организма, с которым ей предстоит работать, делает надрезы, совершает операции и зашивает рану. Различные механизмы устройства заменяют органы настоящего хирурга: глаза — высокоточные камеры, руки — сложные манипуляторы, мозг — компьютер, подключенный к медицинским базам данных.

Манипуляторы робота STAR

Фото: ASME / YouTube

В настоящий момент машина специализируется на небольших операциях, которые так или иначе требуют высокой точности. Робот STAR качественно провел операцию по манипуляциям с внутренними органами: например, анастомоз, который подразумевает под собой восстановление целостности кишечника. На начальном этапе развития устройство успешно справлялось со своей задачей, однако тратило на операцию в несколько раз больше времени, чем обычный хирург. Не так давно ученым Университета Джонса Хопкинса удалось добиться успеха — их робот смог провести анастомоз быстрее живого специалиста. В рамках эксперимента STAR прооперировал свинью, соединил фрагменты кишки и наложил швы.

Следящие за процессом врачи заметили, что робот не совершает ошибок, связанных с человеческим фактором, — например, усталостью. Так, процедура наложения швов оказалась более точной и последовательной, чем у обычного хирурга. Искусственное зрение машины также превосходит зрение человека: оборудование отличается наличием камер высокого разрешения, которые могут работать при любых условиях освещения и в инфракрасном диапазоне.

Призвание подобных роботов — малоинвазивные операции, которые не требуют от устройства высочайшей квалификации, но в большей степени нуждаются в аккуратном обращении с пациентом

Например, STAR и другие подобные роботизированные системы могли бы вырезать небольшие опухоли или проводить иные процедуры на мягких тканях. Похожие машины могут потребоваться во время перемещения тяжелобольного пациента или в отдаленных регионах — по понятным причинам в машине или самолете скорой помощи и в больницах небольших городов может не оказаться профессионального хирурга.

С гениальностью Да Винчи

В настоящий момент индустрия роботизированной хирургии, как правило, охватывает методы инвазивного лечения с применением высокотехнологичных средств, но под жестким контролем человека. Различные медицинские устройства напичканы точными камерами и сенсорами и выглядят, как инопланетные корабли, однако они выполняют лишь роль ассистента.

«Робот никогда не принимает решений и не делает надрезы», — говорят ученые Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Основное предназначение медицинских роботов — подстраховать человека и сделать его движения более точными и плавными.

Операция с использованием типичной роботизированной системы начинается с нанесения небольших надрезов человеческой рукой в необходимом месте. Затем специалист помещает в них крошечные инструменты, связанные с роботом, и камеру высокого разрешения. После этого хирург может снять перчатки и сесть за компьютер.

«Когда вы играете в видеоигру, вы нажимаете кнопку управления, и машина переводит ваши движения в режим реального времени, точно имитируя ваши действия на экране», — упрощенно описывают суть операций с применением роботов медики. Уникальность технологии в том, что манипуляторы медицинской машины имеют гораздо более широкий диапазон движений, чем человеческие руки. Также робот не устает, его конечности не дрожат от усталости и не способны занести под кожу инфекцию.

Роботизированная хирургическая система daVinci — одно из первых устройств, которое позволяет упростить работу живого специалиста и значительно расширить его возможности. Система представляет собой передовую роботизированную платформу, которая состоит из терминала для управления машиной, тележки с четырьмя интерактивными роботизированными руками, камеры и специальных инструментов. Еще в 2000 году Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) одобрило использование daVinci, с тех пор было установлено почти две тысячи системы фирмы, профессиональные хирурги провели с помощью роботов более 700 тысяч операций.

Манипуляторы робота da Vinci

Кадр: Da Vinci Surgery / YouTube

Распространению подобных daVinci систем и полной замене ими традиционных способов хирургического вмешательства, когда всю работу приходится выполнять живому специалисту, мешает высокая стоимость роботизированного оборудования, ввозимого из-за границы. Поэтому в различных регионах мира создаются аналоги популярной системы.

Например, специалисты Тяньцзиньского университета используют робота Micro Hand S, который отличается небольшими габаритами и уникальной особенностью функционирования. В основе лежит модель оригами, благодаря которой манипуляторы устройства умеют складываться практически под любым углом, позволяя хирургу совершить надрез любой сложности. Будучи меньше и легче, робот экономит место, а также сокращается время, необходимое для его установки.

Еще одна особенность Micro Hand S заключается в интеграции робототехники и бионики. Создатели робота подсмотрели строение тропического растения Nepenthes alata, побеги которого имеют вид кувшинок для накопления жидкости. На основе этого инженеры добавили функцию автоматической стерилизации медицинских инструментов. Также специалисты изучали строение подушечек лап древесных лягушек, которые могут очень крепко, но мягко цепляться за поверхности. Эта технология позволила создать инструмент, который не дает нанести живой ткани излишний вред — сидящий за терминалом хирург контролирует силу нажатия на скальпель посредством тактильной обратной связи.

Почему робот лучше

Многие люди привыкли относиться к роботам снисходительно или с недоверием. Скептики уверены, что дорогая неповоротливая машина не может заменить живого врача. К тому же в случае неудачного хирургического вмешательства, проведенного роботом, умному устройству невозможно предъявить обвинения. Однако многие пациенты уже оценили пользу новейших технологий.

Например, по данным создателей роботизированной хирургической системы daVinci, при лечении рака простаты мужчины чаще выбирают лечение с помощью машины, также большее количество женщин склоняются к помощи робота при проведении минимально инвазивной гистерэктомии.

С помощью медицинских машин врачи лечат заболевания, связанные с общей хирургией, колоректальной, гинекологической, торакальной, урологической хирургией, проводят операции на сердце

Если ориентироваться на реально существующих в медицинских центрах роботов, а не на полностью автономные машины из будущего, то основное преимущество медтехники заключается в расширении инструментала хирурга. Живой профессионал во время операции находится не на ногах, а сидит в кресле, движениями рук управляя манипуляторами и скальпелем. Вероятность врачебной ошибки из-за усталости снижается, медик может более ловко выполнять движения со сложной амплитудой.

Специальные камеры высокого разрешения дают врачу возможность максимально подробно рассмотреть орган, который он оперирует, нанести точные разрезы и наложить аккуратные швы. Цифровые органы зрения находятся в очень маленьких камерах, которые можно разместить в теле пациента и фактически рассмотреть его изнутри.

Также близится к нулю вероятность заражения организма пациента, ведь с последним работают непосредственно не руки человека, а стерильные манипуляторы. В комфортных для врача условиях операции должны выполняться быстрее и более качественно, что позитивно влияет на сроки выздоровления и нахождения пациента в клинике.

Операционная палата с роботом-медиком

Фото: Cleveland Clinic Abu Dhabi / YouTube

Не стоит забывать, что при подобном виде медицинского вмешательства непосредственное присутствие врача рядом с пациентом не требуется. Поэтому привлечение в медицину даже роботов-ассистентов даст толчок развитию телехирургии — удаленному проведению операций. Это позволит одному специалисту заниматься лечением больных, находящихся по всему миру. Эксперты лишь отмечают тот факт, что для связи между терминалом специалиста и медицинским роботом необходима быстрая связь с минимальной задержкой — это может обеспечить стандарт 5G. Распространение методов лечения с помощью роботов в хирургии поможет решить вопрос с дефицитом кадров.

Будущее хирургии

Роботизированная хирургия существует уже более трех десятилетий, многие ученые полагают, что в будущем малоинвазивные операции будут проводиться исключительно роботами. Если технологии докажут свою состоятельность в масштабе целого мира, то возможно использование роботов в сложных операциях и постепенная замена живого специалиста.

Я действительно верю, что это будущее хирургии

Аксель Кригердоцент кафедры машиностроения в Университете Мэриленда, один из создателей STAR

Эксперты склоняются к мнению, что в ближайшие годы роботы смогут более творчески заниматься операциями на живых организмах, адаптируясь к изменениям с помощью искусственного интеллекта. Подключенная к огромной базе данных медицинских заболеваний машина сможет оперативно найти информацию о конкретной болезни, сравнить случаи болезней, выявить новые закономерности, найти более безопасный и оптимальный способ решения проблемы.

«На это следует смотреть через призму радикальных инноваций, потому что здравоохранение — это люди и спасение человеческих жизней», — отметил директор по кибербезопасности компании Micro Focus Рамсес Гальего.

В ближайшее время сегмент роботизированной хирургии разделится на два больших типа — к первому будут относиться роботы-ассистенты, ко второму — полностью автономные машины, способные самостоятельно провести операцию. Разумеется, для управления роботами врачам придется повышать свою квалификацию, но в будущем медиков будут сразу учить взаимодействовать с точным оборудованием. В случае автономных устройств задействовать хирурга не нужно — человек будет лишь следить, как роботизированная система проводит манипуляции с органами человека или удаляет опухоль.